UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI

ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD

“EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE MEDICIÓN DE ENERGÍA

ELÉCTRICA DE LA SUBESTACIÓN JOSÉ ANTONIO

ANZOÁTEGUI EN 115/34,5/13,8 KV”

Realizado por:

Carlos Eduardo Gómez Acosta

C.I: V-19.495.834

Asesor Académico: Asesor Industrial:

Ing. Hernán Parra Ing. Navmelia Navarro

Barcelona, Marzo 2015

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En Venezuela la empresa encargada de los procesos relacionados

con los hidrocarburos es Petróleos de Venezuela, S.A. (PDVSA), la cual

maneja la exploración, embarque, venta del crudo y sus derivados tanto

internamente como en diferentes partes del mundo.

Entre las dependencias de PDVSA, la Gerencia de Servicios

Eléctricos Oriente (SEO), es la encargada de planificar, coordinar, dirigir,

ejecutar y controlar los programas de operación y mantenimiento del sistema

de transmisión y distribución de la energía eléctrica en los distritos Anaco,

Punta de Mata y José. Además, esta gerencia está encargada de coordinar

junto con el despacho de carga de CORPOELEC la operación, medición y

facturación de la energía eléctrica entre JOSE / CORPOELEC 400/115 kV y

el Complejo Industrial General José Antonio Anzoátegui del cual son

custodio, velando por el cumplimiento de las normativas de la Ley de

Metrología y las normas de protección integral conforme a los lineamientos

establecidos por la Gerencia Gral. SEO.

Las subestaciones eléctricas objetos de centralización de las

operaciones de supervisión y control se encuentran en el Complejo Industrial

General José Antonio Anzoátegui (subestación José Antonio Anzoátegui

“JAA” 115/34,5/13,8 kV), la cual alimenta a el Terminal de Almacenamiento y

Embarque de Crudo José Antonio Anzoátegui (TAECJAA). La subestación

JOSE / CORPOELEC 400/115 kV, ubicada en las cercanías del Complejo

Industrial General José Antonio Anzoátegui al nororiente del país tiene como

finalidad surtir de energía eléctrica al citado complejo Industrial, JOSE /

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CORPOELEC 400/115 kV cuenta con un sistema propio de medición de

energía eléctrica que tiene como función supervisar la energía entregada o

consumida en la subestación JAA 115/34,5/13,8 kV, para efectos de

facturación y verificación de los parámetros de calidad del servicio. La

subestación JAA 115/34,5/13,8 kV cuenta con un sistema de medición de

energía eléctrica que tiene como función registrar las lecturas de los

consumos de energía eléctrica asociado a sus cargas propias las cuales son:

TAECJAA A, TAECJAA B, TAECJAA C, TAECJAA E, TAECJAA patio este,

Petrosinovensa y Petropiar, con la finalidad de realizar el recobro preciso por

el servicio prestado.

Para que la facturación del servicio entre JOSE / CORPOELEC

400/115 kV y la S/E JAA 115/34,5/13,8 kV se encuentre dentro de los

parámetros establecidos, el bloque de energía entregado por CORPOELEC

debe ser bien distribuido entre las cargas de la subestación José Antonio

Anzoátegui, debido a que petrosinovensa y petropiar son clientes directos de

CORPOELEC la energía consumida por estas cargas es informada

directamente a CORPOELEC, estos consumos se restan al bloque de

energía total entregado y la diferencia es la energía a consumir por la S/E

JAA 115/34,5/13,8 kV y el resto de sus cargas, pero actualmente cuando se

hace la distribución de esta energía, los contadores de energía arrojan

lecturas que indican que el consumo de los servicios auxiliares y generales

de la S/E JAA es mas alto que el resto de las cargas las cuales son

estaciones de bombeo, es totalmente ilógico que los servicios generales y

auxiliares de la subestación JAA estén consumiendo más energía que las

estaciones de bombeo. En consecuencia se obtiene una desviación

significativa en el balance de consumo de la subestación JAA y un recobro

de energía inexacto para dicha subestación.

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Debido a esto ha surgido la necesidad de realizar una evaluación del sistema

de medición de la energía eléctrica para determinar el origen de la situación,

Este trabajo plantea entonces la evaluación del sistema de medición de

energía eléctrica en la subestación JAA 115/34,5/13,8 kV, donde se

proporcionan las herramientas necesarias para mitigar las consecuencias de

la discrepancia entre las mediciones de energía eléctrica.

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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL.

Evaluación del sistema de medición de energía eléctrica de la S/E

José Antonio Anzoátegui en 115/34,5/13,8 kV

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Describir el sistema de medición de energía eléctrica de la

subestación José Antonio Anzoátegui en 115/34,5/13,8 kV.

Diagnosticar el sistema de medición de energía eléctrica de la

subestación José Antonio Anzoátegui en 115/34,5/13,8kV.

Seleccionar tecnología basados en el monitoreo y facturación eficiente

de la energía eléctrica.

Establecer las actividades previas para el reemplazo de los equipos y

adecuación de las celdas.

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3. MARCO TEÓRICO REFERENCIAL

3.1 ANTECEDENTES.

Para la realización del presente trabajo, se revisarán diversos

proyectos que desarrollaron temas similares. A continuación se presenta una

breve descripción de los mencionados proyectos:

Parra H (2013), el presente taller se realizó con el objetivo de enseñar

al participante a conocer los diferentes transformadores de medidas. El taller

se fundamentó en la función de los transformadores dentro del sistema de

protecciones, tipos de transformadores de medidas e información técnica

necesaria para comprar, inspeccionar, verificar y conectar o adicionar

equipos en el secundario de un transformador de medida. Este trabajo brinda

al participante la capacidad de especificar, seleccionar y comprar cualquiera

de los diferentes tipos de transformadores de medidas y determinar cuándo

un transformador es aplicable a un determinado sistema de potencia de

acuerdo a las características operacionales de dicho sistema.

Transformadores de protección y medida 4M SIEMENS (2009), este

catalogo tiene como finalidad dar información al lector sobre la descripción

general, diseño y funcionamiento de los transformadores de medida y

protección, también brinda información sobre los datos técnico de los

equipos para la selección de los mismos.

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Guillermo J (2010), en este trabajo se presentó la propuesta de un

sistema de indicadores de calidad de energía eléctrica para el mejorador de

crudos de PDVSA PETROPIAR en el Complejo Industrial José Antonio

Anzoátegui, se realizaron revisiones de las estadísticas de fallas y

perturbaciones por causa de la deficiencia de la calidad de energía eléctrica,

donde se determinó que el sistema de medición de calidad de energía

existente, no proporciona información necesaria para la obtención de

soluciones a los problemas encontrados.

Transener S.A (2003), “GUÍA DE DISEÑO DE SISTEMAS DE PROTECCION”,

la presente guía de diseños de sistema de protección es el producto de la

actualización periódica de las prácticas de ingeniería, construcción,

operación de dichos sistemas y de las opiniones de los usuarios de las

mismas. Su objetivo es orientar la labor de los proyectistas para lograr en

cada caso, una solución económica que mantenga el nivel de calidad y

confiabilidad de las instalaciones del sistema de transmisión de energía

eléctrica en alta tensión de la República de Argentina y establecer criterios

para los ajustes de protecciones.

Schneider Electric (2014), este catalogo se basa en el monitoreo y

gestión de la energía eléctrica, brinda ayuda y soluciones a proveedores y

consumidores de energía eléctrica en todo el mundo, proporcionando

información técnica sobre tecnología y herramientas que permiten mejorar la

eficiencia energética.

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3.2 BASES TEÓRICAS.

3.2.1 Conceptos generales.

3.2.1.1 Medición:

Proceso de reconocimiento que se reduce a la comparación, mediante

un experimento físico, de una magnitud dada con un valor de esta magnitud

elegida como unidad.

En un diagnóstico energético, la medición es un concepto que permite,

mediante la instrumentación adecuada, experiencia, buen criterio, programa,

análisis, coordinación y planeación apropiada, dar seguimiento al flujo y

distribución de energía en su proceso de transformación y establecer un

balance en cada etapa y en cualquier tiempo.

3.2.1.2 Error.

La diferencia entre un valor que se obtiene de una medición y el "valor

verdadero". En la mayoría de los casos dicho valor verdadero es

desconocido.

La incertidumbre estimada de un valor medido o calculado (desviación

tipo standard, desviación promedio, etc.).

La especificación completa del fabricante permite evaluar la incertidumbre

total de una medición o de la calibración de un instrumento.

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3.2.1.3 Discrepancia.

Diferencia que existe entre 2 valores correspondientes a 2 mediciones

distintas, a dos resultados diferentes, de un mismo valor medido. La

"respetabilidad" es la diferencia de una medición a otra, o al promedio de una

serie de valores cuando la medición es reproducida.

3.2.1.4 Exactitud.

Proximidad de una medición al "valor real". Es la desviación del valor

medido al valor de un patrón de referencia tomado como verdadero. Las

especificaciones son una descripción escrita de las potencialidades de un

instrumento, señalan objetiva y cuantitativamente lo que el instrumento

puede o no hacer. Las especificaciones de un instrumento se componen de

tres partes básicas:

Entrada o Salida: declarada como ± (% de entrada o salida + número

de dígitos).

Intervalo de medición: en %.

Nivel o Umbral de Ruido: declarado en las unidades de medición.

3.2.1.5 Precisión en instrumentos industriales.

La exactitud de las mediciones dependen en gran parte de una buena

aproximación que den los instrumentos; sin embargo, estos tienen sus

propios consumos que hacen que las mediciones difieran de los valores

reales, para determinar el grado de error inherente al propio instrumento se

define un parámetro denominado Clase de Precisión. En principio el

instrumento debe contar con un rango de medición apropiado. La desviación

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del instrumento deberá darse en el manual de instrucciones, es con

frecuencia expresada en % de lectura máxima.

3.2.1.6 Calibración.

La calibración es el proceso de comparar los valores obtenidos por un

instrumento de medición con la medida correspondiente de un patrón de

referencia (o estándar). Según la Oficina Internacional de Pesas y Medidas,

la calibración es "una operación que, bajo condiciones específicas, establece

en una primera etapa una relación entre los valores y las incertidumbres de

medida provistas por estándares e indicaciones correspondientes con las

incertidumbres de medida asociadas y, en un segundo paso, usa esta

información para establecer una relación para obtener un resultado de la

medida a partir de una indicación.

3.2.2 Medición de energía y contador de energía

El consumo de energía eléctrica es sumamente importante

determinarlo por que está relacionado directamente con la factura eléctrica e

incide en los costos de operación de la planta, la cuantificación normalmente

se efectúa mediante los respectivos contadores de energía.

Un contador de energía en realidad es un vatímetro giratorio provisto

de un dispositivo integrador – numerador. Dada la gran importancia y la

extensión mundial de las redes de corriente alterna, la mayor parte de los

medidores que se usan son basados en el sistema de motor de inducción,

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los cuales pueden adaptarse para medir por separado varios tipos de energía

que influye en la tarifa.

3.2.3 Medidores analógicos y digitales.

3.2.3.1 Medidor analógico.

Censan en forma continúa la señal eléctrica.

La continuidad permite respuesta análoga.

La magnitud de salida representa el tamaño de la variable medida.

Dispositivo de lectura - escala numérica.

3.2.3.2 Medidor digital.

Aplicaciones:

En celdas de medición con representación alfanumérica.

Como etapa inicial en un proceso de expansión y modernización.

Como instrumentos registradores.

Ventajas:

Reducción del error en la lectura humana.

Mayor rapidez en la lectura del valor medido.

No hay error de paralelaje.

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3.2.4 Transformadores de medidas.

Son los equipos del sistema de potencia que nos permiten reducir el

valor de la corriente que circula por un conductor, o el valor de tensión al cual

se encuentran conectados, a un valor proporcionalmente más bajo que

pueda ser utilizado por los instrumentos de medidas o protección.

Los transformadores de medida ocupan dentro del sistema de

protecciones la función reductora, para aislar los sistemas de baja tensión,

donde se encuentran los instrumentos de medida y protección, del sistema

de alta tensión y proteger al personal que maniobra con los instrumentos de

medidas.

3.2.4.1 Tipos de transformadores de medida.

De acuerdo a la variable del sistema a medir, los transformadores de

medida se pueden agrupar en dos grandes categorías a saber:

Transformadores de tensión, voltaje o potencial.

Transformadores de corriente.

O según el uso que se les den:

Transformador de medidas para medición.

Transformador de medida para protección.

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De acuerdo con lo anterior se tiene entonces:

Transformadores de corriente para medición.

Transformadores de corriente para protección.

Transformadores de voltaje para medición.

Transformadores de voltaje para protección.

3.2.4.2 Normas que regulan la aplicación y fabricación de los

transformadores de medida.

Las normas que regulan la aplicación y fabricación de los

transformadores de medida son las siguientes:

AMERICANA:

ANSI C57.13 1978 IEEE STANDARD REQUIREMENTS FOR INSTRUMENT

TRANSFORMER

(UNICA PARA LOS DOS TIPOS DE TRANSFORMADORES)

EUROPEA:

IEC 185 TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD.

IEC 186 TRANSFORMADORES DE TENSIÓN.

3.2.4.3 Transformador de corriente (TC).

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Son transformadores de medida que se conectan en serie en el

circuito de potencia y nos permiten obtener mediciones de corriente en el

secundario que son proporcionales a las que circulan por el circuito. La

información de la corriente primaria a los sistemas de protección constituye

una parte vital de los mismos, ya que de la exactitud con que se realizan

esas mediciones influye directamente en la exactitud de las mediciones y

comparaciones que realizan las protecciones.

Dado que los TC usuales se deben construir a partir de núcleos

ferromagnéticos, por razones de consumo y costos, sólo es posible

conseguir una relación lineal aproximada entre la corriente primaria y la

corriente secundaria, antes que el núcleo llegue a la saturación, luego de la

cual la proporcionalidad entre dichas corrientes se pierde en forma total; Por

esa razón las protecciones no deben realizar ninguna medición o

comparación cuando los TC que las alimentan entran en zona de saturación.

3.2.4.3.1 Información para definir un transformador de corriente.

La información técnica para necesaria para comprar, inspeccionar,

verificar y conectar o adicionar equipos en el secundario, de un

transformador de corriente es la siguiente:

Corriente nominal primaria.

Corriente nominal secundaria.

Relación de transformación.

Uso.

Tipo.

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Cantidad de núcleos.

Tipo de multirelación.

Clase de precisión según ANSI o IEC.

Burden.

Potencia de precisión.

Curva de Es vs Io.

Tensión nominal.

Máxima tensión nominal.

Bil.

3.2.4.4 Transformador de potencial (TP).

Es un equipo perteneciente a los denominados transformadores de

medida que nos permite reducir el valor de la tensión de un circuito en alta

tensión a un valor proporcionalmente mas bajo para que pueda ser utilizado

por los instrumentos de medida o protección.

Su función en el esquema de protección es aislar los sistemas de baja

tensión, donde se encuentran los instrumentos de medida, de los sistemas

de alta tensión.

3.2.4.4.1 Clasificación de los transformadores de potencial.

Según su construcción Inductivos

Capacitivos

Resistivos

De tensión capacitivos

Según su montaje Interior

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Intemperie o exterior

Según su nivel de tensión Media

Alta tensión

Según su función Protección

Medicino

Según su aislamiento En aceite

Seco

Según el numero de

fases

Monofásico

Bifásico

Tabla #1. Clasificación de los transformadores de potencial. (Parra H, 2013, pag 57).

3.2.4.4.2 Clase de precisión para transformadores inductivos.

Para los transformadores de tensión de medición existen los siguientes valores

de precisión de acuerdo a las normas ANSI.

A 100% de In A 10% de In

Clase Mínimo Máximo Mínimo Máximo

0,3 0,997 1,003 0,994 1,006

0,6 0,994 1,006 0,988 1,012

1,2 0,988 1,012 0,976 1,024

Tabla # 2. Precisión para transformadores de tensión para medición según ANSI C-57-13 y los correspondientes limites para el factor de corrección de relación. (Factor de potencia 0,6 a 1). (Parra H, 2013, pag 68).

Clase Aplicación0,1 Laboratorio0,2 Laboratorio, patrones portátiles,

contadores de gran precisión.0,5 Contadores normales y aparatos

de medidas1 Aparatos para tableros3 Para usos en los que se no

requiere una mayor precisión.

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Tabla # 3. Valores de precisión para medición de acuerdo a las normas IEC. (Parra H, 2013, pag 69).

Carga Secundaria Va a 120V Factor de potencia

W 12,5 0,1

X 25 0,7

Y 75 0,85

Z 200 0,85

ZZ 400 0,85

Tabla # 4. Burden normalizados para transformadores de tensión. (Parra H, 2013, pag 70).

3.2.4.4.3 Información técnica de un transformador de potencial.

Para que un transformador de potencial coincida con lo que realmente

necesitamos, este debe estar bien especificado. Los elementos que un

ingeniero debe especificar para comprar un TP son los indicados a

continuación:

Tensión nominal del sistema.

Máxima tensión nominal.

Nivel básico de aislamiento.

Tensión de de prueba a frecuencia industrial en húmedo y seco.

Frecuencia de operación.

Tensión nominal primaria.

Tensión nominal secundaria.

Relación de transformación.

Número de arrollados secundarios.

Clase de precisión para cada arrollado.

Potencia de precisión para cada arrollado.

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4. MARCO METODOLÓGICO.

4.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN.

Por el tipo de la investigación, el presente estudio reúne las

condiciones metodológicas de una investigación de tipo documental (teórica),

debido a que toda la información se obtendrá de tesis, libros, Internet y

documentos que la empresa proporcionará. El único propósito es obtener

antecedentes para profundizar en las teorías y aportaciones, ya emitidas

sobre el tópico o tema que es objeto de estudio, y complementarlas,

refutarlas o derivar, en este caso, conocimientos nuevos.

Según el Manual de Trabajos de Grado de Especialización y Maestría

y Tesis Doctorales (2006) “Se entiende por investigación de Campo, el

análisis sistemático de problemas en la realidad, con el propósito bien sea de

describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes,

explicar sus causas y efectos, o predecir su ocurrencia, haciendo uso de

métodos característicos de cualquiera de los paradigmas o enfoques de

investigación conocidos o en desarrollo”.

4.2 NIVEL DE INVESTIGACIÓN.

Debido a la naturaleza del problema planteado, este proyecto se

encuentra enmarcado en una investigación de nivel descriptivo, la cual

consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno individuo o grupo, con

el fin de establecer su estructura o comportamiento. Así mismo dentro del

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marco de diseño, se considerará como una investigación de tipo

experimental de campo, ya que este tipo de investigación permite obtener las

notas que caracterizan a la realidad estudiad.

4.3 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE

DATOS.

Las ciencias sociales han desarrollado una gran variedad de

instrumentos y técnicas encaminadas a la recolección de datos, para esta

investigación se utilizaran las siguientes técnicas.

4.3.1 Observación Directa.

Cuando el investigador se pone en contacto personalmente con el

hecho o fenómeno que trata de investigar la técnica de observación directa,

esta consiste en observar atentamente el fenómeno, hecho o caso, tomar

información y registrarla para su posterior análisis. La observación es un

elemento fundamental de todo proceso investigativo; mediante esta técnica

se tratara de obtener el mayor numero de datos referentes al sistema

eléctrico del proyecto Conversión Profunda, además de toda la información

necesaria acerca de los motores a utilizar.

4.3.2 Revisión de Bibliografía y Documental.

La revisión bibliográfica permite realizar una recolección de datos,

documentales y técnicos, relacionada con el sistema eléctrico ya antes

mencionado y de sus motores a emplear. La revisión será realizada mediante

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libros, revistas, manuales, tesis, normas, Internet, planos, entre otros, que

aporten información relevante sobre el tema bajo estudio.

4.3.3 Revisión No Estructurada.

Esta técnica permite obtener datos mediante un diálogo entre dos

personas: El entrevistador "investigador" y el entrevistado, el cual deber ser

una persona entendida en la materia de la investigación; la técnica consiste

en realizar preguntas de acuerdo a las respuestas que vayan surgiendo

durante la entrevista.

4.3.4 Técnicas computarizadas.

Esta herramienta se utilizara durante el desarrollo de todo el proyecto,

ya que se implementarán los conocimientos computacionales para la

trascripción del trabajo.

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5. ETAPAS DEL PROYECTO.

ETAPA I: Revisión Bibliográfica.

En esta etapa se recopilará toda información teórica y práctica

relacionada con la evaluación del sistema de medición de energía eléctrica.

Tiempo estimado: 10 semanas

ETAPA II: Descripción del sistema de medición de

energía eléctrica y recopilación de información.

En esta etapa se hará una descripción del sistema de medición de

energía eléctrica de la subestación JAA, para esto se recopilará toda la

información necesaria, la cual se obtendrá mediante un levantamiento en las

celdas de 115/34,5/13,8kV.

Tiempo estimado: 6 semanas

ETAPA III: Cálculo de los parámetros que influyen en la

medición de energía eléctrica de la S/E JAA en 115/34,5/13,8

kV.

En esta etapa se realizarán los cálculos de burden y precisión de los

transformadores de corriente, para verificar el error introducido por estos

equipos y determinar su influencia en esta medición.

Tiempo estimado: 4 semanas

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ETAPA IV: Evaluación de los equipos que conforman el

sistema de medición de energía eléctrica en la S/E JAA en

115/34,5/13,8 kV.

En esta etapa partiendo de los datos obtenidos mediante el

levantamiento, observación directa y cálculos, se realizará un análisis para

determinar la situación actual del sistema de medición de energía eléctrica y

proceder a proponer las opciones de solución al problema.

Tiempo estimado: 8 semanas

ETAPA V: Selección de tecnología para el reemplazo de

los equipos que conforman el sistema de medición de

energía eléctrica en la S/E JAA.

En esta etapa con el fin de actualizar el sistema de medición de

energía eléctrica para facturación, se realizará la revisión de catálogos de los

equipos para su selección, los equipos seleccionados deben tener

información técnica asociada a los mismos y se debe justificar su selección.

Tiempo estimado: 8 semanas

ETAPA VI: Definir las actividades previas para el

reemplazo de los equipos del sistema de medición de energía

eléctrica.

En esta etapa se sugerirá las actividades necesarias para realizar el

reemplazo de los equipos: adecuación de la metalmecánica de las celdas,

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adecuación de las canaletas y adecuación del ínterconexionado de los

equipos que conforman el sistema de medición

Tiempo estimado: 4 semanas

ETAPA VII: Redacción y presentación del trabajo de

Grado.

En esta última etapa se elaborarán las conclusiones y

recomendaciones obtenidas durante el desarrollo del proyecto siguiendo las

normativas para la elaboración del trabajo de grado. Además de su

presentación y defensa.

Tiempo estimado: 10 semanas

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